Die periazetabuläre Osteotomie ist ein häufig durchgeführter gelenkerhaltender Eingriff zur Behandlung der Hüftdysplasie. Das Ziel dieser Arbeit ist die Evaluation der kurz- bzw. mittelfristigen klinischen Ergebnisse nach periazetabulärer Beckenosteotomie mit und ohne Korrektur einer femoralen Cam-Deformität sowie der postoperativ erreichten Becken- und Femurkonfiguration. Weiterhin sollte geprüft werden, ob ein direkter Zusammenhang zwischen klinischem Outcome und radiologischen Parametern besteht. Zwischen Juli 2005 und Dezember 2010 wurden am UniversitätsCentrum für Orthopädie und Unfalchirurgie des Universitätsklinikum Dresden 99 PAOs bei 80 Patienten (83% weiblich, Durchschnittsalter 27 ± 9,5 Jahre) durchgeführt. Diese wurden entsprechend der femoralen Morphologie (mit bzw. ohne begleitendes Cam-Impingement) sowie des präoperativen Labrum-/Knorpelzustandes in drei Gruppen eingeteilt: PAO ohne femorale Offsetkorrektur, PAO mit Arthrotomie und femoraler Offsetkorrektur und PAO nach simultan durchgeführter arthroskopisch assistierter femoraler Offsetkorrektur und Labrum-/Knorpelchirurgie. Davon konnten 85 Hüftgelenke bei 69 Patienten in einer prospektiven klinischen Studie mit einem durchschnittlichen postoperativen Follow-up von 64 ± 18 Monaten klinisch und radiologisch nachuntersucht werden. Die klinische Ergebnisbeurteilung erfolgte mit Hilfe von Algofunktionsfragebögen (EQ-5D, WOMAC, Oxford Hip Score, Global Treatment Outcome). Die radiologische Auswertung erfolgte mittels Röntgen und MRT des Beckens. Der CE-Winkel sowie das „Cross-over“-Sign wurden in der Röntgen-Beckenübersicht beurteilt. Zur Bewertung des Azetabulum nach erfolgter PAO wurde der anteriore und posteriore azetabuläre Sektorenwinkel nach Anda sowie die azetabuläre Anteversion nach Anda im MRT gemessen. Zur Bewertung der femoralen Morphologie wurde der α-Winkel nach Nötzli in der Lauenstein- Aufnahme im Röntgen, sowie in 30°-Abständen in radiären Sequenzen des Schenkelhalses im MRT gemessen. Außerdem erfolgte die Messung der femoralen Antetorsion nach Tönnis und Heinecke im MRT. Postoperativ kam es zu einer deutlichen Verbesserung der Punktewerte in den Algofunktionsfragebögen. Der EQ-5D verbesserte sich von präoperativ 10,4 ± 2 auf postoperativ 7,8 ± 2 Punkte, in der visuellen Analogskala kam es zu einer Steigerung von 65 auf 80 Prozent (p<0,001). Auch der postoperative WOMAC (91 ± 14) verbesserten sich deutlich gegenüber den präoperativen Ausgangswerten (73 ± 18; p<0,001). In 90 Prozent der Fälle gaben die Patienten an, die Operation habe „sehr geholfen“ oder „geholfen“. Der CE-Winkel veränderte sich von 15 ± 6 Grad präoperativ auf 32 ± 7 Grad postoperativ (p<0,001). Ein vermehrter CE-Winkel korrelierte signifikant mit einem besseren OHS (p=0,029). Das Auftreten eines „Cross-over“-Signs wurde postoperativ reduziert (p=0,012), ein positives „Cross-over“-Sign zeigte jedoch keine Korrelation mit schlechteren klinischen Scorewerten. Der α-Winkel wurde durch die Operation von durchschnittlich 54 ± 16 Grad auf 42 ± 10 Grad reduziert (p<0,001). Ein vermehrter α- Winkel im kranialen Bereich als Ausdruck unzureichender Offsetkorrektur war mit einer verminderten Patientenzufriedenheit (GTO) assoziiert (p=0,003). Sowohl die ASA und die azetabuläre Anteversion als auch die femorale Antetorsion hatten keinen signifikanten Einfluss auf das klinische Ergebnis. In drei Fällen war zum Zeitpunkt der Nachuntersuchung eine Hüft-TEP vorhanden. Die drei Gruppen unterschieden sich nicht bezüglich des klinischen Outcomes. Zusammenfassend ist die periazetabuläre Osteotomie bei korrekter Indikationsstellung eine hervorragende Methode um eine Hüftdysplasie gelenkerhaltend zu operieren. Wenn eine begleitende Cam-Deformität gleichzeitig korrigiert wird, erreichen die Patienten ein vergleichbares postoperatives Outcome, wie Patienten mit isolierter Hüftdysplasie. Eine persistierende Cam-Deformität ist mit einem schlechteren klinischen Out- come assoziiert. Die laterale Überdachung, gemessen mit dem CE-Winkel, ist weiterhin ein wichtiger Einflussfaktor auf das klinische Behandlungsergebnis nach PAO. Hier muss neben einer Unterkorrektur auch eine Überkorrektur der Überdachung vermieden werden. Ein bisher nicht nachweisbarer Effekt der azetabulären Sektorenwinkel, der azetabulären Anteversion oder der femoralen Antetorsion auf das Behandlungsergebnis ist eventuell auf den noch begrenzten Beobachtungszeitraum und die begrenzte Fallzahl zurückzuführen. Daher ist eine weiterführende Betreuung der Patienten und erneute Evaluation der Behandlungswege in größeren Zeitabständen sinnvoll, um die langfristige Entwicklung beurteilen zu können.

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Developmental Dysplasia of the Hip (DDH) is an abnormal condition where hip joint dislocation, misalignment, or instability is present in infants. Rates of incidence of DDH in newborn infants have been reported to vary between 1 and 20 per 1000 births, making it the most common congenital malformation of the musculoskeletal system. DDH early detection and treatment is critical to avoid the use of surgical treatment in infants and to prevent future complications such as osteoarthritis in adult life. To this day several non-surgical treatments involving the use of harnesses and braces have been proposed to treat DDH in infants, with the Pavlik harness being the current non-surgical standard used to treat DDH at early stages. Although the Pavlik harness has been proven to be successful treating subtle dislocations, severe dislocations do not always reduce. Until now the use of the harness remains an empirical method, and its effectiveness often depends on physician expertise or trial-error procedures; thus a clear guideline has not been established to determine the best optimal harness configuration to treat both subtle and severe dislocations. The goal of this dissertation is to understand the connection between reductions for subtle and severe dislocations and passive muscle forces and moments generated while the harness is used during treatment. While the understanding of DDH biomechanics will provide a valuable clinically applicable approach to optimize and increase harness success rate, it is not without its difficulties. This research has created and developed a three-dimensional based on patient-specific geometry of an infant lower limb. The kinematics and dynamics of the lower limb were defined by modeling the hip, femur, tibia, fibula, ankle, foot, and toe bones. The lines of action of five (5) adductor muscles, namely, the Adductor Brevis, Adductor Longus, Adductor Magnus, Pectineus, and Gracilis were identified as mediators of reduction and its mechanical behavior was characterized using a passive response. Four grades (1-4) of dislocation as specified by the International Hip Dysplasia Institute (IHDI) were considered, and the computer model was computationally manipulated to represent physiological dislocations. To account for proper harness modeling, the femur was restrained to move in an envelope consistent with its constraints. The model of the infant lower limb has been used to analyze subtle and severe dislocations. Results are consistent with previous studies based on a simplified anatomically-consistent synthetic model and clinical reports of very low success of the Pavlik harness for severe dislocations. Furthermore the findings on this work suggest that for severe dislocations, the use of the harness could be optimized to achieve hyperflexion of the lower limb leading to successful reduction for cases where the harness fails. This approach provides three main advantages and innovations: 1) the used of patient-specific geometry to elucidate the biomechanics of DDH; 2) the ability to computationally dislocate the model to represent dislocation severity; and 3) the quantification of external forces needed to accomplish reduction for severe dislocations. This study aims to offer a practical solution to effective treatment that draws from engineering expertise and modeling capabilities and also draws upon medical input. The findings of this work will lay the foundation for future optimization of non-surgical methods critical for the treatment of DDH.

Biomechanical factors influencing the reduction of dislocated hips with the Pavlik harness in patients of Developmental Dysplasia of the Hip (DDH) were studied using a simplified three-dimensional computer model simulating hip reduction dynamics in (1) subluxated, and (2) fully dislocated hip joints. The CT-scans of a 6 month-old female infant were used to measure the geometrical features of the hip joint including acetabular and femoral head diameter, acetabular depth, and geometry of the acetabular labrum, using the medical segmentation software Mimics. The lower extremity was modeled by three segments: thigh, leg, and foot. The mass and the location of the center of gravity of each segment were calculated using anthropometry, based on the total body mass of a 6-month old female infant at the 50th length-for-age percentile. A calibrated nonlinear stress-strain model was used to simulate muscle responses. The simplified 3D model consists of the pubis, ischium, acetabulum with labrum, and femoral head, neck, and shaft. It is capable of simulating dislocated as well as reduced hips in abduction and flexion. Five hip adductor muscles were identified as key mediators of DDH prognosis, and the non-dimensional force contribution of each in the direction necessary to achieve concentric hip reductions was determined. Results point to the adductor muscles as mediators of subluxated hip reductions, as their mechanical action is a function of the degree of hip dislocation. For subluxated hips in abduction and flexion, the Pectineus, Adductor Brevis, Adductor Longus, and proximal Adductor Magnus muscles contribute positively to reduction, while the rest of the Adductor Magnus contributes negatively. In full dislocations all muscles contribute detrimentally to reduction, elucidating the need for traction to reduce Graf IV type dislocations. Reduction of iv dysplastic hips was found to occur in two distinct phases: (a) release phase and (b) reduction phase. To expand the range of DDH-related problems that can be studied, an improved threedimensional anatomical computer model was generated by combining CT-scan and muscle positional data belonging to four human subjects. This model consists of the hip bone and femora of a 10-week old female infant. It was segmented to encompass the distinct cartilaginous regions of infant anatomy, as well as the different regions of cortical and cancellous bone; these properties were retrieved from the literature. This engineering computer model of an infant anatomy is being employed for (1) the development of a complete finite element and dynamics computer model for simulations of hip dysplasia reductions using novel treatment approaches, (2) the determination of a path of least resistance in reductions of hip dysplasia based on a minimum potential energy approach, (3) the study of the mechanics of hyperflexion of the hip as alternative treatment for late-presenting cases of hip dysplasia, and (4) a comprehensive investigation of the effects of femoral anteversion angle (AV) variations in reductions of hip dysplasia. This thesis thus reports on an interdisciplinary effort between orthopedic surgeons and mechanical engineers to apply engineering fundamentals to solve medical problems. The results of this research are clinically relevant in pediatric orthopaedics.

La santé du constitue une préoccupation croissante pour les éleveurs, propriétaires, et le grand public, plusieurs rapports ayant récemment souligné les potentiels impacts négatifs des pratiques d'élevage sur la santé des chiens de race (APGAW 2009, Nicholas 2011), au travers de la diffusion d’affections héréditaires par exemple. Ainsi, l’OFA (Orthopedic Foundation for Animals, http://www.offa.org) considère que la dysplasie de la hanche affecte au moins 163 races de chiens, avec des prévalences allant de 1,2 à 72,1%. La mise en œuvre de stratégie d'élevage afin de réduire l'incidence des maladies héréditaires et leur impact sur le bien-être constitue une priorité pour les éleveurs et les organisations d'élevage. L'efficacité de ces stratégies dépend toutefois fortement de facteurs tels que leur déterminisme génétique, la disponibilité de diagnostics cliniques ou génétiques efficaces, ainsi que les conditions spécifiques au contexte (la prévalence, la démographie, l'existence d'autres affections, la coopération des éleveurs ...). Par exemple, il a été montré que pour une maladie monogénique récessive, à fréquence égale, l'impact d’une stratégie sur la variabilité génétique sera extrêmement différent en fonction de la race (Leroy et Rognon 2012). Il est important de souligner également que le contexte et le cadre réglementaire de l'élevage varient beaucoup en fonction des pays. A titre d'exemple, en Suède, la proportion importante d'animaux de compagnie assurés (environ 50%) permet la mise en place d’enquêtes sur la santé des chiens à grande échelle (Bonnett et al., 2005), facilitant l'identification des affections impactant le bien-être. En fonction des pays, des mesures différentes de luttes contre les affections héréditaires ont pu être mises en place, pouvant aller de l’incitation à utiliser des reproducteurs sains, à l’interdiction de reproduction pour des individus atteints d’affection problématiques. Dans le cas de dysplasie de la hanche, un système d'évaluation génétique a été mis en œuvre dans certains pays (Allemagne, Suède, Royaume-Uni) pour quelques races, alors que dans certains autres pays, il est encore en cours de développement. Notons qu’un projet préliminaire à la thèse sera mise en place à l’échelle des kennels clubs nordiques (KNU) pour s’intéresser à la valeur ajoutée des échanges internationaux de données généalogiques et de santé. / Dog health constitutes a major concern for breeders, owners, as well as the general public, all the more since several study and reports have recently underlined potential impacts of breeding practices on dog health and fitness (APGAW 2009, Nicholas 2011). According to Online Mendelian Inheritance in Animals (OMIA, omia.angis.org.au) more than 586 disorders/traits have been reported in dogs, with various prevalence and consequences for canine health (Collins et al. 2011, Nicholas et al. 2011). As an exemple, Orthopedic Foundation for Animals (OFA 2011, http://www.offa.org) consider that Hip Dysplasia, a polygenetic trait affected by environmental factors, with variable impact on welfare, affects at least 163 dog breeds, with prevalence ranging from 1.2 to 72.1%. Implementation of breeding plans in order to reduce incidence of inherited disorders and their impact on welfare should be a priority for breeders and breeding organizations. Efficiency of such strategies is however highly dependant on several factors such as inheritance pattern, availability of efficient clinical/genetic test, and specific context conditions (prevalence, demography, existence of other disorders, cooperation of breeders…). For instance, it has been showed that for a monogenic recessive disorder with the same frequency, impact of a given strategy on genetic diversity will be completely different depending on the breed (Leroy and Rognon 2012). It is also important to underline that breeding context and breeding rules are very different according to countries. As an exemple, in Sweden the large proportion of pets insured (about 50%) allows the settlement of large surveys on dog health (Bonnett et al. 2005), leading to the identification of disorders critical to breed welfare. Depending on countries, the control of inherited disorders is implemented through various measures, from breeding recommandations to mating ban. In the case of hip dysplasia, a genetic evaluation system has been implemented in some countries (Germany, Sweden, UK) for a few breeds, while in some other countries, it is still under development. The fact that for many breeds there is an exchange of breeding animals between several countries with different breeding policies constitutes also a critical point to be taken into account, when settling a breeding strategy. Moreover it has been showed that efficiency of genetic evaluation for a polygenic trait such a hip dysplasia could be improved by joint evaluation between different countries (Fikse et al. 2012). For this purpose, a preliminary project, starting 2013 in Sweden, will investigate the interest of exchanging pedigree and health data within the framework of Nordic Kennel Union. The aim of this project is to provide operational tools to improve breed health in an international context, concerning both genetic evaluation and implementation of breeding policies.